Name: Haptic / Grafische Revalidatie: Het integreren van een robot in een virtuele omgeving bibliotheek en toe te passen Stroke Therapy (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-08-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 44 s
Description: Leer hoe u een robot integreert in een virtuele omgeving voor haptische en grafische revalidatie bij beroertetherapie. Deze methode maakt gestandaardiseerde robottherapie mogelijk zonder nieuwe software voor elk apparaat.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Ik zou graag aan de technische hulp van Brian Zenowich, Daniel Evestedt en Winsean Lin erkennen.

Introductie Er is een groeiende behoefte in alle mens-machine interactie (HMI) voor een intuïtieve en efficiënte interactieve omgevingen. Tal van industrieën nog steeds meer sterk afhankelijk HMI, zoals: revalidatie robotica, de auto-industrie, metaal industrie, verpakkingsmachines, farmacie, voedingsmiddelen, dranken, en nutsbedrijven. Gebruikte technologie in deze sectoren zijn onder andere: weergave terminals, personal computers, HMI en software. Deze technologieën kunnen samen worden gecombineerd om onbeperkt functies uit te voeren. Robots kunnen worden gebruikt om de directe interactie met gebruikers, zoals die als een muziek-instructeur. Zo hebben onderzoekers aan de Waseda University creëerde een robot die de saxofoon om mensen te leren hoe te spelen en om de interactie tussen leerling en leraar een te begrijpen speelt. Andere robotica onderzoekers hebben een vision-based vliegende robot om te bepalen hoe de kunstmatige intelligentie kunnen ontwikkelen tot intelligente interacties met de omgeving 2. De bijzondere concentratie van dit document bevindt zich binnen de revalidatie robotica. Binnen het domein van onderzoek en industrie, de snelle tempo van de veranderingen voor nieuwe producten en eisen van de gebruikers blijft groeien. Deze eisen opleggen grotere uitdagingen in de schaalbaarheid. Daarom code ontwerp is een integraal in het voldoen aan de behoeften van deze entiteiten in een tijdige wijze. Daarom zou de kwaliteit van een sterke architecturale kandidaat zijn gemakkelijk uitwisselbaar grafisch-robot systemen die driver ondersteuning omvatten. De H3DAPI architectuur voldoet aan deze behoeften en dus een wrapper klasse is gemaakt. Bovendien is H3D ontworpen voor virtual reality omgevingen, zoals die nodig zijn in de revalidatie robotica. Neurale revalidatie robotica wil robots te gebruiken voor het assisteren van revalidatie professionals. De hulp die deze robots te bieden komt in de vorm van een kracht-veld. Geslaagd motor commando onderzoekers zoals Shadmehr en Mussa-Ivaldi, gebruikte kracht-velden aan de motor aanpassing te bevorderen, en hebben gevonden 1) de aanpassing aan een extern uitgeoefende kracht veld staat met verschillende klassen van bewegingen met inbegrip van maar niet beperkt tot het bereiken van bewegingen, en 2) aanpassing generaliseert over verschillende bewegingen die dezelfde regio's van het externe veld 3 te bezoeken. Uit onderzoek van biomechanische ingenieurs in Performance-Based Progressive robot-geassisteerde therapie toont aan dat repetitieve, taak-specifieke, doelgerichte, robot-ondersteunde therapie is effectief in het verminderen van motorische stoornissen in de aangedane arm na een beroerte 4, maar de exacte therapeutische effecten en parameters nog steeds een veld van onderzoek. Sensorische feedback van invloed op het leren en aanpassing. Daarom is de volgende logische vraag zou zijn om vragen of niet kunstmatig verhogen van de omvang van deze feedback zou sneller of meer volledige leren / aanpassing te bevorderen. Sommige onderzoekers hebben ontdekt dat het toepassen van een grotere sensorische feedback krachten of visuele aanwijzingen om fouten te verbeteren kan een adequate neurologische impulsen geeft aan de hogere niveaus van aanpassing / leren 5,6 bevorderen. Dit staat bekend als "error augmentatie". Dit fenomeen kan te wijten zijn aan het feit dat, zodra de resultaten van een motor aan te sturen actie afwijken van de ideale, onze interne model zelf aanpast aan de grootte van de fout. Bijgevolg, als onze interne model benadert de externe omgeving, fout in de uitvoering van een taak af. Onderzoek blijft de ondersteuning van langdurige praktijk van functioneel relevante activiteiten voor het herstel van functie, hoewel veel van de huidige gezondheidszorg beleid beperken de hoeveelheid tijd die de patiënten de tijd kan doorbrengen met therapeuten. De dwingende vraag is of deze nieuwe toepassingen van technologie kan verder gaan dan alleen het geven van een hogere dosering van de huidige stand van de zorg. Mens-machine interactie studies hebben aangetoond nieuwe perspectieven op het gebied van motorisch leren, en kunnen in sommige gevallen bieden toegevoegde waarde aan het therapeutisch proces. Speciale robot apparaten in combinatie met computer-displays kunnen vergroten feedback van de fout in om te versnellen, verbeteren, of trigger motor herleren. Dit document zal een methodologie van het gebruik van een ontwikkeld systeem voor een klinische interventie als een voorbeeld van de toepassing van deze technologie. 1. Tot vaststelling van Hapi wrapper klasse voor een robot <ol><li> Maak een wrapper voor Hapi de ergonomie bibliotheek door het creëren van je eigen. Cpp en header file. Zo zullen we gebruik maken van de naam HAPIWAM.cpp en HAPIWAM.h. </li><li> Plaats HAPIWAM.cpp in de source directory: Hapi / src </li><li> Plaats HAPIWAM.h in de header file directory: Hapi / include / Hapi </li><li> Op de top van HAPIWAM.h, omvatten de belangrijkste header file (s) van uw robot, in het geval van de Barrett WAM, dat zou zijn: </li></ol> &lt;em&gt; extern "C" { # Include &lt;include/btwam.h&gt; } # Include &lt;HAPI/HAPIHapticsDevice.h&gt; Let op: extern "C" nodig is om compiler mangelen op te lossen, omdat de meegeleverde bibliotheek is geschreven in "C" en de H3DAPI is geschreven in C + +. <ol start="5"><li> In HAPIWAM.h, maak je klas en omvatten de volgende vier functies </li></ol> bool initHapticsDevice (int); bool releaseHapticsDevice (); leegte updateDeviceValues ​​(DeviceValues ​​&amp; dv, HAPITime dt); leegte sendOutput (HAPIHapticsDevice:: DeviceOutput &amp; d, HAPITime t); <ol start="6"><li> Zorg ervoor dat uw klasse erft publiekelijk uit de HAPIhapticsdevice klasse. </li><li> Maak een header bewaker voor uw klas. </li><li> Maak een statische DeviceOutput en statisch HapticsDeviceRegistration attributen onder de HAPIWAM klasse. </li><li> Maak uw statisch lid functies voor callbacks. </li><li> Definieer uw constructor en destructor in HAPIWAM.cpp. </li><li> Registreer uw apparaat in HAPIWAM.cpp. </li><li> Definieer uw 4 geërfd functies en callbacks in HAPIWAM.cpp. </li></ol> 2. Hapi opbouwen van een bibliotheek <ol><li> Nu dat we de Hapi wrapper klasse gemaakt, moeten we uw wrapper te bouwen in de Hapi bibliotheek. De WAM is afhankelijk van een aantal bibliotheken die H3DAPI niet afhankelijk is van in zijn ruwe vorm, zal daarom deze bibliotheken moeten worden toegevoegd aan Hapi. Ga naar Hapi / Hapi / build, en bewerken CMakeLists.txt. Voeg de afhankelijke bibliotheken na de regel die zegt "SET (OptionalLibs) '. </li><li> Open een commando console en navigeer naar: Hapi / Hapi / bouwen en typ de volgende drie commando's in deze volgorde: </li></ol> cmake. sudo make sudo make install 3. H3D wrapper klasse <ol><li> Voor het maken van de wrapper klasse voor de H3D bibliotheek met uw HAPIWAM, maakt u eerst WAMDevice.cpp in de source directory: H3DAPI/src </li><li> Plaats WAMDevice.h in de header file directory: H3DAPI/include/H3D </li><li> WAMDevice.h bevat de standaard header-bestand voor alle H3DAPI apparaten, met de naam vervangen om wat je wilt. </li><li> WAMDevice.cpp bevat de standaard bron voor alle H3DAPI apparaten, met de naam vervangen om wat je wilt. </li><li> Nu de wrapper klasse is gemaakt, de wederopbouw van het H3DAPI bibliotheek. Doe dit door het bewerken van CMakeLists.txt op dezelfde manier, dat werd uitgevoerd in stap 2.1, alleen onder de directory: H3DAPI/build. </li><li> Herbouw de H3DAPI bibliotheek onder de directory H3DAPI/build </li></ol> cmake. sudo make sudo make install 4. Finite state machine <ol><li> Elke gerichte programma vereist het bereiken van de oprichting van een eindige staat machine om de experimentele protocol of de praktijk regime te controleren. Typische state machines zijn onder andere: Start van het proces, Start, Target Contact, en het Einde van de Trial. Een voorbeeld van de functie van elke staat, en de criteria om de overdracht tussen staten is hieronder vermeld. </li><li> De start van het onderzoek vereist dat de toewijzing van een doel. Doelen locaties kunnen willekeurig worden ingesteld voor elk onderzoek of kan worden ingesteld van een bestand. De start van de proef eindigt zodra de gebruiker heeft gelanceerd in de richting van het doel boven de drempel snelheid, meestal 0,06 meter per seconde. </li><li> The Launch staat optreedt na de start van de proef. Deze toestand eindigt of wanneer de gebruiker raakt het doel of blijft de binnenkant van de doelstelling voor een periode van tijd. Zodra het doel is geraakt, dit maakt de Target Contact staat. </li><li> Target contact optreedt tijdens de lancering staat. Dit kan geschieden zodra het einde als het doel wordt aangeraakt of na het onderwerp bevindt zich binnen de doelstelling voor een bepaalde periode van tijd. Zodra deze tijd is verstreken, is het einde van Trial staat ingeschakeld. </li><li> Het einde van de proef staat moet het signaal van de verzameling van gegevens software om de gegevens bestand te markeren, in welke ontleden van de software-ontwikkelaar heeft gebruikt, aan het einde van de elke poging af te bakenen. Tenzij de laatste proef is voltooid, het einde van het einde van Trial staat stelt de start van het onderzoek staat. </li></ol> 5. Toepassing: het herstel van de CVA-patiënt <ol><li> De robot interface is ontworpen om therapeut expertise te betrekken bij het gebruik van de robot om iets dat niet anders gedaan zou kunnen worden mogelijk te maken. De technologie enabled applicatie (zoals beschreven in meer detail beschreven) van de fout augmentatie, waarin de fouten zijn waargenomen door de patiënt, die voor een aantal bekende redenen verbetert de opnieuw leren proces (figuur 1) vergroot. </li><li> Een drie-dimensionale haptiek / grafische systeem genaamd Virtual Reality Robotic en optische Operations Machine (VRROOM). Dit systeem, presenteerde eerder 6, in combinatie een geprojecteerd stereo-installatie, head-tracked weergave op een semi-verzilverde spiegel overlay weer te geven met een robotsysteem dat opgenomen pols positie en genereerde een kracht vector (fig. 2). </li><li> Een bioscoop-kwaliteit digital projector (Christie Mirage 3000 DLP) de weergegeven beelden die een vijf meter brede 1280x1024 pixel display spanned, wat resulteert in een 110 ° kijkhoek. Infrarood-stralers gesynchroniseerd aparte linker-en rechteroog beelden door Liquid Crystal Display (LCD) bril (Stereographics, Inc). Hemelvaart Flock of Birds magnetische elementen gevolgd beweging van het hoofd, zodat de visuele weergave was gemaakt met de juiste kop-centered perspectief. </li><li> Bij de kwalificatie voor de studie, werd elke deelnemer functionele mogelijkheden geëvalueerd door een blinde beoordelaar bij de start en finish van elke behandeling paradigma met een een-week follow-up na elk en een algemene 45-dagen follow-up evaluatie. Elke evaluatie bestond uit een range of motion (ROM) beoordeling uitgevoerd in de VRROOM en klinische maatregelen waaronder: de doos en Blocks Assessment, Wolf Motor Function Test (WMFT), Arm Motor afdeling van het Fugl-Meyer (AMFM), en Beoordeling van de Simple Functional Reach (ASFR). </li><li> Een exotendon handschoen met pols spalk werd gebruikt om te helpen bij neutrale pols en hand uitlijning. Het centrum van de robot handvat was verbonden aan de onderarm was posterior geplaatst om de radiocarpale gewricht zodat de krachten gehandeld bij de pols, maar stond beweging aan de hand. </li><li> Arm van de patiënt gewicht werd verminderd met behulp van een veer aangedreven Wilmington Robotic Exoskeleton (Wrex) zwaartekracht in balans orthese. Van de patiënt geïnstrueerd doel was om op te jagen een cursor gepresenteerd in voor hen bewogen via een tracking-apparaat in de hand van de therapeut (therapeut teleoperation). </li><li> Patiënten praktijk drie dagen per week voor ongeveer 40-60 minuten, met de patiënt, de therapeut, en de robot samen te werken in een trio. Onderwerp en therapeut zat side-by-side, en het onderwerp was verbonden met de robot bij de pols. </li><li> Elke sessie begon met vijf minuten van de passieve range of motion oefeningen (PROM) met de therapeut, gevolgd door ongeveer tien minuten voor het situeren van de patiënt in de machine. Het onderwerp voltooide daarna zes blokken van de beweging training van vijf minuten met twee minuten rust perioden tussen elk blok. </li><li> Tijdens de training, de deelnemers zien twee cursors op de stereo weer te geven. De behandelend therapeut gemanipuleerde een cursor, terwijl de deelnemer beheerst de andere. De patiënten werden geïnstrueerd om het exacte pad van de cursor van de therapeut te volgen als het ging in de werkruimte. </li><li> Fout vergroting was die zowel visueel als door de krachten die ontstaan ​​door de robot. Wanneer de deelnemers afgeweken van cursor therapeut, was een onmiddellijke fout vector e opgericht als het verschil in positie tussen de cursor van de therapeut en de deelnemer de hand. Fout werd visueel versterkt door een factor van 1,5 e (m) als onderdeel van de fout augmentatie. Daarnaast werd een fout verhogen van kracht van 100 e (N / m) ook van toepassing, die werd geprogrammeerd om op een maximum van 4 N verzadigen om veiligheidsredenen. </li><li> Elke andere behandeling blok bestond uit specifieke, gestandaardiseerde bewegingen die hetzelfde waren voor elke sessie. De andere blokken mag de therapeut de opleiding aan te passen op specifieke gebieden van de zwakte op basis van therapeut expertise en hun opmerkingen. De behandeling protocol omvatte de praktijk van specifieke bewegingen voor alle deelnemers, met inbegrip van voren en aan de zijkant te bereiken, schouder-elleboog-koppeling, en diagonaal te bereiken over het hele lichaam. </li><li> Tijdens het oefenen was van dag tot dag mediaan fout gemeten als een resultaat van de praktijk. Speciale aandacht werd besteed aan blokken van gestandaardiseerde bewegingen die hetzelfde waren voor elke sessie. Deze werden vergeleken met de vorige dag om te bepalen of een incrementele verbetering kon worden waargenomen op een dag-tot-dag basis, die kan worden gerapporteerd aan de patiënt, de therapeut, en de verzorgers (fig 3). </li><li> Primaire maatregelen van de uitkomst werden wekelijks gemeten, 1 week na het einde van de behandeling, en 45 dagen na de aan het behoud van prestaties vast te stellen. Belangrijkste uitkomsten waren de Fugl-Meyer motoriek score en onze op maat gemaakte arm bereiken test die gemeten bereik van de beweging. </li></ol> 6. Representatieve resultaten: Wanneer het protocol correct is gedaan, dan nadat de &lt;AnyDevice&gt; knoop is geladen in de H3DViewer of H3DLoad, moet de WAM-apparaat worden erkend en gestart. Als de WAM werden vervangen door een andere robot, zou de code zelf niet te worden gewijzigd. <img src="/files/ftp_upload/3007/3007fig1.jpg" alt="Figuur 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 1"> Figuur 1. Subject zit aan de haptische / grafische apparatuur. <img src="/files/ftp_upload/3007/3007fig2.jpg" alt="Figuur 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 2"> Figuur 2. Onderwerp zit aan de haptische / grafische apparatuur met een fysiotherapeut. <img src="/files/ftp_upload/3007/3007fig3.jpg" alt="Figuur 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Figuur 3"> Figuur 3. Configuratie voor revalidatie of de CVA-patiënt. A) het onderwerp en therapeut samen te werken, zitten en met behulp van de grote werkruimte haptische / grafische display om beweging te oefenen. De therapeut biedt een cue voor het onderwerp, en kan op maat conditioneren op de behoeften van de patiënt. De robot geeft krachten die de tak weg te duwen van het doel en de visuele feedback-systeem versterkt de fout van de cursor. B) Typische chronische CVA-patiënt verbetering van dag tot dag. Elke stip staat voor de gemiddelde fout gemeten voor een twee-minuten blok van stereotype functionele beweging. Terwijl de patiënt toont vooruitgang in de periode van 2 weken en de algemene uitkering, heeft deze persoon niet altijd te verbeteren elke dag.

<ol><li>Solis, J., Takeshi, N., Petersen, K., Takeuchi, M., Takanishi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+the+anthropomorphic+saxophonist+robot+WAS-1%3A+Mechanical+design+of+the+simulated+organs+and+implementation+of+air+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Robotics+Journal%22%5BJournal%5D)">Development of the anthropomorphic saxophonist robot WAS-1: Mechanical design of the simulated organs and implementation of air pressure.</a> Advanced Robotics Journal. 24, 629-650 (2010).</li>
<li>Evolving Won-Based Flying Robots. Zufferey, J. C., Floreano, D. Proceedings of the 2nd International Workshop on Biologically Motivated Computer Vision, 2002 November, Berlin, , Springer-Verlag. 592-600 (2002).</li>
<li>Conditt, M. A., Gandolfo, F., Mussa-Ivaldi, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+motor+system+does+not+learn+the+dynamics+of+the+arm+by+rote+memorization+of+past+experience%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">The motor system does not learn the dynamics of the arm by rote memorization of past experience.</a> Journal of Neurophysiology. 78, 554-554 (1997).</li>
<li>Krebs, H. I., Palazzolo, J. J., Dipietro, L., Ferraro, M., Krol, J., Rannekleiv, K., Volpe, B. T., Hogan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rehabilitation+robotics%3A+Performance-based+progressive+robot-assisted+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Autonomous+Robots%22%5BJournal%5D)">Rehabilitation robotics: Performance-based progressive robot-assisted therapy.</a> Autonomous Robots. 15, 7-20 (2003).</li>
<li>Wei, K., Kording, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relevance+of+error%3A+what+drives+motor+adaptation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Relevance of error: what drives motor adaptation.</a> Journal of neurophysiology. 101, 655-65 (2009).</li>
<li>Wei, Y., Bajaj, P., Scheidt, R., Patton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+error+augmentation+for+enhancing+motor+learning+and+rehabilitative+relearning%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+International+Conference+on+Rehabilitation+Robotics%22%5BJournal%5D)">Visual error augmentation for enhancing motor learning and rehabilitative relearning.</a> IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics. , 505-510 (2005).</li>
</ol>

De wrapper klassen in deze tutorial zijn onder het auteursrecht door Ian Sharp.

Deze methode van wrapper class-implementatie zorgt voor robots te gebruiken, zonder de broncode, bij gebruik van de H3DAPI. Concreet zouden onderzoekers die hun haptische / grafische omgeving geschreven in H3D en getest hun experiment met een fantoom robot in staat zijn uit te voeren dezelfde of soortgelijke experiment met behulp van de Barrett WAM, en vice versa. Dit type apparaat onafhankelijke cross-communicatie draagt ​​gevolgen voor de internationale revalidatie robotica-onderzoek. Dergelijke implicaties te vergemakkelijken een snelle haptische / grafische ontwikkeling, internationale samenwerking op onderzoeksgebied, en inter-onderzoekslaboratorium communicatie. Revalidatie robotica moet nog ontdekken de vele parameters betrokken bij motorische leren. Een van de tijdrovende stappen tijdens haptische / grafische ontwikkeling omvat compilatie tijd. Met tal van revalidatie parameters, in combinatie met de compilatie tijd voor elk programma, de ontwikkeling levenscyclus om alle mogelijke groep permutaties testen stijgt snel. H3D, met de afwezigheid van de compilatie eisen, maakt een snelle ontwikkeling van tal van virtual reality scènes. Dit komt als een voordeel voor de onderzoekers streven naar de effecten van verschillende scenario&#39;s training sonde. Beperkingen van deze &#39;hard-coded&#39; wrapper class benadering van integratie is het feit dat deze procedure moet elke keer is er een nieuwe verdeling van de H3DAPI worden herhaald. Mogelijke wijzigingen van de integratie van de wrapper klasse in je laatste verdeling van de H3DAPI zou zijn om de wrapper klasse apart maken op basis van de H3DAPI. Je zou je wrapper klasse zet dan in een *. so library file. Dit zou isoleren je klas van de oorspronkelijke H3DAPI distributie.

<ol><li> Het display de naam Paris (persoonlijke augmented reality onderdompeling systeem), kunt u vinden op <a href="http://www.evl.uic.edu">www.evl.uic.edu</a> </li><li> De grote grijze robot is het Barrett WAM: <a href="http://www.barrett.com">www.barrett.com</a> </li><li> De kleinere, magerder zwarte robot is de Phantom: <a href="http://www.sensable.com">www.sensable.com</a> </li><li> De robotarm is de T-Wrex, ontwikkeld aan de RIC: <a href="http://www.ric.org/research/centers/mars2/Projects/development/d3.aspx">http://www.ric.org/research/centers/mars2/Projects/development/d3.aspx</a> </li><li> De sluiter glazen voor 3D Vision: <a href="http://www.vrlogic.com">www.vrlogic.com</a> </li><li> Head tracking software. <a href="http://www.mechdyne.com">www.mechdyne.com</a> </li><li> De H3DAPI zelf: <a href="http://www.h3dapi.org">www.h3dapi.org</a> </li></ol>

haptic / grafische revalidatie: het integreren van een robot in een virtuele omgeving bibliotheek en toe te passen stroke therapy

Haptic/Graphic Rehabilitation: Integrating a Robot into a Virtual Environment Library and Applying it to Stroke Therapy

Recent onderzoek dat interactieve apparaten voor langdurige therapie praktijk testen is gebleken dat nieuwe perspectieven voor de robotica in combinatie met grafische en andere vormen van biofeedback. Vorige mens-robot interactieve systemen hebben vereist verschillende software-commando&#39;s worden uitgevoerd voor elke robot leidt tot onnodige overhead ontwikkelingsstoornissen tijd elke keer een nieuw systeem beschikbaar komt. Bijvoorbeeld, wanneer een haptische / grafische virtual reality omgeving is gecodeerd voor een specifieke robot om haptische feedback te geven, zou dat specifieke robot niet kunnen worden verhandeld voor een andere robot, zonder het hercoderen van het programma. Echter, de recente inspanningen in de open source gemeenschap voorgesteld een wrapper class benadering die, ongeacht kan bijna identieke reacties uitlokken van de gebruikte robot. Het resultaat kan leiden onderzoekers over de hele wereld om soortgelijke experimenten met gedeelde code uit te voeren. Daarom is modulair &quot;switching out&quot; van een robot voor een ander zou geen invloed hebben op de ontwikkelingstijd. In dit artikel schetsen we de succesvolle ontwikkeling en invoering van een wrapper klasse voor een robot in de open-source H3DAPI, die integreert de software commando&#39;s het meest gebruikt door alle robots.

Onlangs hebben een grote hoeveelheid vooruitzichten beschikbaar komen voor de mens-robot interactieve systemen. In dit artikel schetsen we de integratie van een nieuwe robot toestel met open source software die snel kan maken mogelijk een bibliotheek van interactieve functionaliteit. Vervolgens hebben we schetsen een klinische toepassing voor een neurorevalidatie toepassing.

Haptic / Grafische Revalidatie: Het integreren van een robot in een virtuele omgeving bibliotheek en toe te passen Stroke Therapy

Recent onderzoek waarin interactieve apparaten voor langdurige therapiepraktijk worden getest, heeft nieuwe perspectieven ontsloten voor robotica in combinatie met grafische en andere ...

Het algemene doel van deze procedure is om een robot te integreren in een bibliotheek voor virtuele omgevingen en de robot vervolgens te gebruiken voor slagadertherapie. Dit wordt bereikt door eerst een wrapper-klasse te maken om de haptiekbibliotheek uit te breiden en deze wrapper-klasse vervolgens in de haptiekbibliotheek te integreren. De volgende stap is het maken van een wrapper-klasse om de grafische bibliotheek uit te breiden en deze wrapper-klasse in de grafische bibliotheek te integreren zodra de wrapper-klassen voltooid zijn.De H 3D API-interface wordt gebruikt om een eindige toestandsautomaat (finite state machine) in te stellen voor het testen van berotepatiënten. De geïntegreerde robot wordt vervolgens ingezet om berotepatiënten bij hun revalidatie te helpen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat u niet langer voor elke robot een aparte softwareapplicatie hoeft te schrijven.Bovendien kunnen deze applicaties worden uitgevoerd door wetenschappers over de hele wereld, ongeacht welke robot hun laboratorium gebruikt. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in de velden van revalidatie, robotica en motorische controle, zoals in welke mate ons zenuwstelsel baat zou kunnen hebben bij foutaugmentatie. Deze methode kan inzicht bieden in beperkingen na een beroerte en ons begrip van gezonde functies verder vergroten.Over het algemeen moeten patiënten met een beroerte die nieuw zijn aan revalidatierobotica bepaalde hindernissen overwinnen, zoals het leren vastpakken van de handgreep. We kwamen voor het eerst op het idee voor deze methode toen we beseften dat we een robot nodig hadden met een grote operationele werkruimte in gravitatiecompensatie. We wilden daarnaast het herschrijven van software minimaliseren, zodat toekomstige promovendi konden profiteren van hun voorgangers zonder hetzelfde werk opnieuw te hoeven doen.Deze video geeft instructies voor het integreren van een whole arm manipulation- of WHAM-robot met de opensourcecode die beschikbaar is op www.hthreedpi.org. Om een nieuwe robot in de haptiekbibliotheek te integreren, is de eerste stap het schrijven van een wrapper-klasse voor HAP, de haptische rendering-engine die wordt gebruikt om de beweging van de WHAM-robot te besturen. Begin met het maken van een CPP- en headerbestand.De bestandsnamen die voor dit voorbeeld worden gebruikt zijn happy, wham, cpp en happy wham h. Plaats het bestand happy wham cpp in de bronmap. Happy slash source, en plaats vervolgens happy.Voeg wham.h toe aan de directory met headerbestanden. happy/include/happy. Voeg bovenaan happy_wham.h de belangrijkste headerbestanden van de robot toe.Let op dat extern C vereist is om compiler mangling op te lossen, aangezien de geïncludeerde bibliotheek in C is geschreven en de H 3D API in C++. Maak in happy wham h de klasse voor de robot aan en neem de vier functies hierin op: haptics device release, haptics device, update device values en send output. Zorg ervoor dat de klasse publiekelijk overerft van de happy haptics device-klasse.Maak vervolgens een header guard voor de klasse. Maak daarna de statische device output en de statische haptics device registration-attributen aan onder de happy WHAM-klasse. Maak vervolgens de statische lidfuncties voor callbacks specifiek voor uw robot.Voor een WHAM-robot wordt de callbackfunctie gebruikt in de bull- en haptische apparaatfunctie. Nu de prototypes in het headerbestand zijn ingesteld, opent u happy wham dot cpp en voegt u de juiste headerbestanden en namespace toe. Definieer vervolgens de constructor en destructor in Happy Wam cpp.Registreer vervolgens het apparaat in Happy Wam cpp. Definieer nu de vier overgeërfde functies en callbacks in happy Wam cpp. De functie voor het bijwerken van apparaatwaarden vertelt de computer de positie van de robotarm en hoeveel kracht de robot op de omgeving uitoefent.Na het aanmaken van de Happy Wrapper-klasse is de volgende stap het bouwen van een wrap in de Happy-bibliotheek. De WAM is afhankelijk van enkele bibliotheken waar de H 3D API in zijn ruwe vorm niet van afhankelijk is. Daarom moeten deze bibliotheken aan happy worden toegevoegd.Ga naar de H 3D 2.1 slash happy slash build-directory en bewerk C make lists text. Voeg de afhankelijke bibliotheken toe na de regel waar Set optional libs staat. Open een opdrachtprompt, navigeer naar H 3D 2.1 slash happy slash build en typ in deze volgorde see make dot pseudo make en pseudo make install om de integratie van de nieuwe robot met de H 3D open source-code te voltooien.Schrijf een tweede wrap-klasse voor de scene graph. API genaamd H 3D API. Dit voorbeeld maakt gebruik van een wrap-klasse genaamd wam device.Ga naar de brondirectory, H 3D AP I slash source, en maak het WAM-apparaat CPP-bestand en wam device.Cpp aan. Voeg de standaardbron voor alle H 3D PI-apparaten toe. Plaats vervolgens Wam device H in de directory voor headerbestanden.Het bestand wam device H moet het standaard header-bestand bevatten voor alle H 3D API-apparaten. Nu de wrapperklasse is aangemaakt, moet de H 3D PI-bibliotheek opnieuw worden opgebouwd door het bestand C make lists text in de map H three DPI slash build te bewerken. Ten slotte in de map H 3D PI slash build.Bouw de H 3D API-bibliotheek opnieuw op met de commando's CMake, pseudo make en pseudo make install. De nieuwe wrapper-klassen zijn nu gereed voor gebruik met een robot. Zodra de juiste wrapper-klassen zijn geïnstalleerd, wordt er een finite-state-machine aangemaakt om het experimentele protocol voor de gerichte reiktaak te besturen die wordt gebruikt met de Barrett WHAM-robot. De toestanden van de state-machine zijn start van de trial, lancering, contact met het doel en einde van de trial.De beginfase van de trial start met de toewijzing van een doelwit. Doelwitlocaties kunnen willekeurig worden ingesteld voor elke trial of kunnen uit een bestand worden geladen. De beginfase van de trial eindigt en de lanceerfase begint.Zodra de hand van de proefpersoon naar het doel is bewogen boven de drempelwaarde voor snelheid, doorgaans 0,06 meters per second. De lanceerfase eindigt en de contactfase met het doel begint wanneer de cursor van de patiënt het doel raakt. Zodra er contact is gemaakt, verdwijnt het doel, eindigt de contactfase en begint de fase van het einde van de trial.Het einde van de proeffase geeft de software voor gegevensverzameling het signaal om het gegevensbestand te markeren met een scheidingsteken voor het einde van de proef. Tenzij de laatste proef is voltooid, maakt het beëindigen van de proeffase de startfase van de proef mogelijk en wordt er een nieuw doel toegewezen. Deze sectie demonstreert een andere robot, genaamd de Phantom, die wordt gebruikt bij de revalidatie van patiënten na een beroerte.Door de wrap class-code van de fantoom in de juiste bibliotheken te substitueren, kan de nieuwe robot worden geïntegreerd in de virtuele omgeving; hier wordt gebruikgemaakt van een driedimensionaal haptisch grafisch systeem genaamd de virtual reality Robotic and optical operations machine of room. Dit systeem combineert een geprojecteerde stereo head-tracked rendering op een semi-zilveren spiegel-overlay display met een robotisch systeem dat de polspositie kan registreren en een krachtvector kan genereren. Een digitale projector van bioscoopkwaliteit projecteert beelden over een display van 5 voet breed, wat resulteert in een kijkhoek van 110 graden.Infraroodzenders synchroniseren afzonderlijke beelden voor het linker- en rechteroog via de LCD-shutterbril. Hoofdbewegingen worden gevolgd met de Ascension Flock of Birds magnetische elementen, zodat het visuele display wordt weergegeven met het bijbehorende, op het hoofd gecentreerde perspectief. Een exo-tendon handschoen met een polsspalk helpt bij een neutrale uitlijning van de pols en hand.Het midden van de robotgreep wordt op de onderarm geplaatst, posterior van het radiocarpale gewricht. Hierdoor kunnen de krachten op de pols inwerken, terwijl de hand vrij kan bewegen. Het gewicht van de arm van de patiënt wordt verminderd met behulp van een op veren werkende Wilmington robotische exoskelet gravitatie-gebalanceerde orthese.De therapeut die naast de patiënt zit, gebruikt een trackingapparaat om een cursor over het scherm te bewegen. De patiënt krijgt de instructie om met de robotische handgreep de cursor te volgen. Foutvergroting wordt zowel visueel als door de robot gegenereerde krachten aangeboden.Wanneer de cursor van de patiënt afwijkt van de cursor van de therapeut en de onmiddellijke fout, wordt vector E vastgesteld als het verschil in positie tussen de cursor van de therapeut en de hand van de patiënt. De fout wordt visueel vergroot met een factor van 1,5 E als onderdeel van de foutaugmentatie. Daarnaast wordt een foutaugmenterende kracht van 100 E op de arm van de patiënt uitgeoefend, die is geprogrammeerd om te verzadigen bij een maximum van vier Newtons.Om veiligheidsredenen vergroot de foutaugmentatie de fouten die door de patiënt worden waargenomen, wat het herleermonster versterkt. Het behandelprotocol vereist dat de patiënt verschillende specifieke bewegingen oefent, waaronder voorwaartse en zijwaartse reikbewegingen met schouder-elleboogkoppeling en diagonale reikbewegingen over het lichaam. Voor de volgende demonstratie wordt de bovenste klassecode gewisseld en wordt de Barrett WHAM-robot gebruikt.Het doel van deze volgende taak is dat gezonde proefpersonen of berotepatiënten een virtueel projectiel vangen binnen de semi-transparante groene bol. Als de handen van de patiënt buiten de bol treden, wordt de bol rood en ontvangt de arm van de patiënt foutaugmentatie-feedback van de robot. Wanneer de patiënt het projectiel succesvol binnen de gedefinieerde ruimte vangt, blijft de bol groen.Deze figuur toont de mediane reikfout. Elk punt vertegenwoordigt de mediane fout gemeten voor een blok van twee minuten van stereotypische functionele bewegingen. Hoewel de patiënten vooruitgang tonen over de periode van twee weken, was er niet elke dag sprake van verbetering.Deze figuur illustreert het resulterende voordeel van foutaugmentatie bij het selectief verminderen van de variabiliteit tussen bewegingen. De bovenste grafieken tonen gegevens van de controlegroep en de onderste grafieken tonen gegevens van de behandelgroep. Elke kleur vertegenwoordigt een andere proefpersoon.De twee horizontale lijnen geven de locatie van de grenzen voor de taak weer. Het doel van de proefpersoon was om het virtuele projectiel binnen deze grenzen te vangen. De locatie van een stip laat zien waar een bepaalde proefpersoon het dichtst bij contact kwam.In de projectie tonen de blauwe halftransparante histogrammen, die over de ruwe gegevens zijn gelegd, de bewegingsdistributie van de groep. Langs de anterieure as voerden de berote patiënten 600 trials uit van de vangtaak; gedurende de eerste 200 trials en de laatste 200 trials werd er voor trials 201 tot 400 geen foutaugmentatie-feedback gegeven. De robot gaf foutaugmentatie-feedback aan de patiënt, wat resulteerde in een significante verbetering van het vermogen van de patiënt om het doel binnen de opgegeven grenzen te vangen.Na deze procedure kunnen traditionele rehabilitatiemethoden nog steeds worden uitgevoerd, maar met de robot kunnen we bij vele herhaalde pogingen op elk moment kwantificeren waar de hand van de patiënt zich bevindt. Deze techniek maakte de weg vrij voor nieuw onderzoek op het gebied van neurale engineering, waarbij we gesimuleerd reiken binnen een regio kunnen verkennen zodat er meerdere mogelijke oplossingen zijn. Na het bekijken van deze video zou u moeten begrijpen hoe u de H 3D API-bibliotheek kunt uitbreiden voor een gekozen rehabilitatierobot en hoe u diverse haptische grafische interfaces kunt toepassen voor de beoordeling en behandeling van beroertepatiënten.Aangezien het werken met robots potentieel gevaarlijk kan zijn, moet er zorgvuldig worden nagedacht bij de keuze van een robot voor dergelijke menselijke interacties. We hebben de Barrett WHAM gekozen voor ons meest recente project omdat deze krachtiger is en back-drivable is. Back-drivable betekent dat de robot nagenoeg weerstandvrij kan aanvoelen als we hem zo programmeren, en toch is dit een van de veiligste beschikbare opties voor mens-machine-interactie.Een afzonderlijke watchdog-computer bewaakt de hoofdcomputer en kan het systeem uitschakelen als er iets misgaat, terwijl dynamisch remmen ervoor zorgt dat het systeem als demper fungeert wanneer het inactief is. Hoewel veel robots verschillend presteren, overlappen veel van hun functies. De overdraagbaarheid van onze technieken tussen robots kan daarom de uitwisseling tussen laboratoria bevorderen.Het is duidelijk dat trainingbehandelingen, zoals die in deze studie zijn aangetoond, bemoedigend bewijs leveren voor het herstellen van functies bij patiënten, evenals voor het verbeteren van training in sporten, het besturen van teleoperaties, muzikale uitvoeringen, chirurgische technieken en elke andere taak die repetitieve oefening vereist.

hapticgraphic-rehabilitation-integrating-robot-into-virtual

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

We ontwikkelden een real-time mirror robot systeem voor het functioneel herstel van de aangedane armen met behulp van automatische controle-technologie, voerden een klinische studie met gezonde proefpersonen, en vastbesloten taken via feedback van revalidatie artsen. Deze eenvoudige spiegel robot kan effectief te ergotherapie bij patiënten met een beroerte worden aangebracht met een aangedane arm.

Robotic Mirror Therapy System voor functioneel herstel van Hemiplegische Arms

We beschrijven een roman virtual reality op basis setup die vrijwillig toezicht van enerzijds prestaties van de motor-vaardigheid in de andere (niet-getraind) hand exploiteert. Dit wordt bereikt door het verstrekken van real-time verkeer gebaseerde sensorische feedback alsof de hand niet opgeleid in beweging is. Deze nieuwe benadering kan worden gebruikt ter verbetering van de revalidatie van patiënten met eenzijdige hemiparesis.

Met behulp van Virtual Reality motorische vaardigheid om kennis te dragen van de ene kant naar de andere

Hier presenteren we een protocol te ontwikkelen en toepassen van een mobiele spel gebaseerde virtuele reality-programma voor het herstel van de bovenste extremiteit disfunctie bij patiënten met een beroerte. De huidige studie toont aan dat de mobiele programma haalbaar is en effectief herstel van de bovenste extremiteit bij beroerte-patiënten bevordert.

Mobiele Game-based Virtual Reality programma voor bovenste extremiteit beroerte revalidatie

Het gecombineerd gebruik van Transcraniële gelijkstroom stimulatie en robotachtige therapie als een add-on voor conventionele revalidatie therapie kan resulteren in betere therapeutische resultaten als gevolg van de modulatie van de plasticiteit van de hersenen. In dit artikel beschrijven we de gecombineerde methoden in ons Instituut voor verbetering van de prestaties van de motor na een herseninfarct.

Het gecombineerd gebruik van de huidige Stimulatie Transcranial Direct en robotachtige therapie voor de bovenste extremiteit

Het huidige protocol schetst hoe het op VR gebaseerde digitale beroepsopleidingssysteem de revalidatie van patiënten met cognitieve stoornissen en disfunctie van de bovenste ledematen na een beroerte verbetert.

Cognitieve functie en revalidatietraining van de bovenste ledematen na een beroerte met behulp van een digitaal beroepsopleidingssysteem

Geschat wordt dat 1 op de 6 mensen wereldwijd tijdens zijn leven een beroerte zal krijgen, met langdurige invaliditeit tot gevolg, waarvan de revalidatiemechanismen nog steeds slecht worden begrepen. Deze studie stelt een protocol voor om hersenactivatie te evalueren door middel van functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) tijdens een robottherapiesessie voor de onderste ledematen.

Een experiment met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie en robotgeassisteerde multi-joint richtbewegingen van de onderste ledematen

Dit protocol beschrijft een revalidatierobot voor de bovenste ledematen die intelligente feedback geeft via vier modi. Deze modi verbeteren de functie en flexibiliteit van de bovenste ledematen, waardoor de kwaliteit van leven van de patiënt wordt verbeterd.

Verbetering van de functie van de bovenste ledematen en motoriek na een beroerte door middel van een revalidatierobot voor de bovenste ledematen

Dit experimentele protocol schetst het gebruik van een taakgericht robotsysteem met twee bovenste ledematen voor patiënten met een beroerte met disfunctie van de bovenste ledematen. De bevindingen geven aan dat dit systeem de functie van de bovenste ledematen en de dagelijkse activiteiten van patiënten met een beroerte aanzienlijk kan verbeteren.

Toepassing van een taakgericht robotsysteem met dubbele bovenste ledematen voor het functioneel herstel van de bovenste ledematen bij patiënten met een beroerte

De werkzaamheid van het combineren van exoskelet-ondersteunde, door lichaamsgewicht ondersteunde loopbandtraining met game-based virtual reality op het gebied van dubbele taken bij overlevenden van een beroerte moet nog worden bestudeerd. Daarom heeft dit revalidatieprogramma tot doel de mogelijke functies en voordelen van deze combinatie te onderzoeken bij het verbeteren van het loopvermogen tijdens het herstel van een beroerte.

Een revalidatieprogramma van door exoskelet ondersteunde loopbandtraining met lichaamsgewicht en niet-meeslepende virtual reality voor patiënten met een beroerte

Deze studie onderzoekt de effecten van een configureerbare zachte pneumatische robot op het verbeteren van de netwerktopologie van het hele brein na een beroerte. Analyse van de grafentheorie wijst op significante verbeteringen in clusteringscoëfficiënt, padlengte en globale efficiëntie. Bevindingen benadrukken het potentieel van programmeerbare robotprotocollen om neuroplasticiteit te moduleren en functioneel herstel bij revalidatie na een beroerte te optimaliseren.

Zachte pneumatische robot moduleert grafentheoriemetrieken van hersennetwerk voor handrevalidatie na een beroerte

Dit protocol heeft als doel de klinische effectiviteit en het comfort van patiënten te evalueren van het gebruik van revalidatierobots voor revalidatierobots van onderledematen aan het bed voor hemiplegie na een beroerte, waarbij uitkomsten worden vergeleken met die van traditionele manuele therapie via gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken.

Toepassing van revalidatierobots voor onderledematen aan het bed in beroerte-revalidatie: een gerandomiseerde gecontroleerde studie

Leer hoe u een robot integreert in een virtuele omgeving voor haptische en grafische revalidatie bij beroertetherapie. Deze methode maakt gestandaardiseerde robottherapie mogelijk zonder nieuwe software voor elk apparaat.

Haptic / Grafische Revalidatie: Het integreren van een robot in een virtuele omgeving bibliotheek en toe te passen Stroke Therapy (Video) | JoVE Journal

Haptic / Grafische Revalidatie: Het integreren van een robot in een virtuele omgeving bibliotheek en toe te passen Stroke Therapy

Meer video's verkennen